*王鵬飛
(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司 山西 046000)
主通風(fēng)機(jī)在采礦工程中是不可缺少的重要組成部分,一般起到的作用就是實(shí)現(xiàn)井上井下的空氣流通,同時(shí)還具有一定的有毒氣體排出效果,充分保證井下工作人員的生命安全和采礦工作的正常進(jìn)行。但是主通風(fēng)機(jī)也是采礦工作中的主要用電設(shè)備之一,然而在實(shí)際使用的過程中并不需要主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行最大功率的全時(shí)間段運(yùn)轉(zhuǎn),所以需要主通風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)。
主通風(fēng)機(jī)在傳統(tǒng)的控制管理中,需要將電能轉(zhuǎn)化成能夠推動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能[1]。在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過程中就會(huì)造成一定的電能流失,因?yàn)楝F(xiàn)階段還沒有技術(shù)能夠?qū)⒛芰窟M(jìn)行無損耗的轉(zhuǎn)化。同時(shí)在傳統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)控制管理中,往往會(huì)使用一個(gè)主通風(fēng)機(jī)對(duì)井上空氣和井下空氣進(jìn)行充分的控制,同時(shí)準(zhǔn)備另一個(gè)主通風(fēng)機(jī)備用。所以主通風(fēng)機(jī)會(huì)消耗大量的電能,同時(shí)主通風(fēng)機(jī)在建設(shè)過程中也會(huì)造成一定的資源浪費(fèi),在能量轉(zhuǎn)化的過程中也會(huì)造成一部分電能的損耗。
最重要的是在采礦過程中,主通風(fēng)機(jī)會(huì)持續(xù)不斷的對(duì)空氣進(jìn)行控制管理,即使在井下空氣質(zhì)量比較好時(shí)候,主通風(fēng)機(jī)也會(huì)進(jìn)行持續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn),但是主通風(fēng)機(jī)工作的質(zhì)量和效率顯然就過度消耗了電能[2]。而在采礦工程進(jìn)行的過程中,如果對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速以及力度的調(diào)整第一是會(huì)阻礙采礦工作的正常進(jìn)行,第二是浪費(fèi)的人力資源成本和物力成本很大程度上會(huì)超過對(duì)主通風(fēng)機(jī)的調(diào)整成本,所以在采礦工程中也不能夠?qū)χ魍L(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整,只能夠使用傳統(tǒng)的浪費(fèi)電量的主通風(fēng)機(jī)的控制方法。所以在現(xiàn)階段使用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整,通過新技術(shù)的使用在不影響采礦工程正常進(jìn)行的背景下,降低主通風(fēng)機(jī)的電能消耗,從而達(dá)到節(jié)能減排的工作目標(biāo),降低采礦工程的經(jīng)營成本,推動(dòng)我國生態(tài)建設(shè)。
為了控制礦井下空氣的平衡,通常情況下,煤礦礦井中會(huì)安裝兩臺(tái)主通風(fēng)機(jī)設(shè)備,其中一臺(tái)主要負(fù)責(zé)日常工作,另一臺(tái)主要在第一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)揮代替作用。為了全面保證井下空氣實(shí)現(xiàn)流通,主通風(fēng)機(jī)往往具備著最大的工作功率,然而礦井中的具體空氣質(zhì)量通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)波動(dòng),當(dāng)?shù)V井中保持良好的空氣質(zhì)量時(shí),主通風(fēng)機(jī)仍舊處于滿功率工作狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致功率的浪費(fèi)。由于主通風(fēng)機(jī)擁有著特殊的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其無法借助常規(guī)形式的調(diào)速裝置,達(dá)到控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的效果,進(jìn)一步導(dǎo)致所需成本和相關(guān)技術(shù)要求都相對(duì)較高。然而變頻節(jié)能技術(shù)能夠促使主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上達(dá)到控制風(fēng)機(jī)工作功率的效果,結(jié)合礦井下的實(shí)際空氣質(zhì)量適當(dāng)控制風(fēng)機(jī)功率,這種控制方式擁有較高的精確度,可以在平衡礦機(jī)下空氣質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)用電量的減少。
主通風(fēng)機(jī)的主要電能消耗的部分就是主通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī),這是主通風(fēng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的重要部分,而主通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的主要作用就是提供能夠保證主通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速[3]。所以使用變頻調(diào)速的方式,通過影響主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的控制,最終降低采礦過程中生產(chǎn)經(jīng)營的成本。也就是說在使用變頻調(diào)速技術(shù)之后,能夠控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)用電量的控制。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低,需要的電量就越少,相反的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高,需要的電量就越高。需要注意的是,在使用主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)時(shí),一定要保證井下空氣的質(zhì)量。不要造成本末倒置的現(xiàn)象,重視控制電量的消耗而忽視了井下空氣的質(zhì)量,最終造成安全事故的發(fā)生。這樣也不利于企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
所以在使用主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的過程中,需要使用對(duì)井下空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)備,這樣才能夠?yàn)橹魍L(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工作奠定良好的工作基礎(chǔ)[4]。像工作人員可以在井下放置具備信息傳輸功能的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備,通過檢測(cè)設(shè)備對(duì)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),幫助工作人員了解井下空氣質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn),在發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量不能夠充分滿足采礦工作進(jìn)行的條件時(shí),提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,加快井下井上空氣置換的效率,保護(hù)井下工作人員的生命健康安全。
在礦井實(shí)際作業(yè)期間,因?yàn)榫聼o論是對(duì)風(fēng)量的需求,還是對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性往往存在較高的要求,需要通過對(duì)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來達(dá)到生產(chǎn)要求。《安全規(guī)程》中明確提出了煤礦井下作業(yè)中的通風(fēng)量,當(dāng)通風(fēng)量較小時(shí),無法達(dá)到生產(chǎn)要求,當(dāng)通風(fēng)量較大時(shí),則會(huì)導(dǎo)致采煤工作面出現(xiàn)粉塵加劇的現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)。經(jīng)常納入調(diào)節(jié)范疇的方法,如節(jié)流調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi);改變前導(dǎo)器葉片安裝角度調(diào)節(jié)通常會(huì)影響風(fēng)機(jī)的效率,同時(shí)只適用于離心式風(fēng)機(jī)上;調(diào)整葉輪葉片安裝角度不僅需要停機(jī)狀態(tài)操作,而且會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率出現(xiàn)較大變化,一般情況下,適用于調(diào)節(jié)幅度較大作業(yè)中;只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不會(huì)影響風(fēng)機(jī)效率,如果安裝調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速設(shè)備,則可以達(dá)到不停機(jī)調(diào)節(jié)的效果。因?yàn)榈V井通風(fēng)設(shè)備屬于一種連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、常年不停機(jī)的大型設(shè)備,具有較大的耗電量,倘若風(fēng)機(jī)不管安裝在哪個(gè)工況點(diǎn)上都可以保持高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),則會(huì)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。所以,小幅度的調(diào)節(jié)可以嘗試著運(yùn)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),變頻調(diào)速借助控制電源頻率保證電機(jī)達(dá)到無級(jí)變速效果,進(jìn)而保證電機(jī)始終處于無極調(diào)節(jié)狀態(tài)。
因?yàn)榈V井通風(fēng)設(shè)備往往運(yùn)用軸流式通風(fēng)機(jī),然而軸流式通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)條件在于風(fēng)門保持全開或者半開狀態(tài),具體而言,是帶負(fù)載啟動(dòng),同時(shí)礦用通風(fēng)機(jī)往往配備著慣性力相對(duì)較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)部件,風(fēng)機(jī)的負(fù)載性保持著一定的特殊性,所以風(fēng)機(jī)存在較大的啟動(dòng)難度,啟動(dòng)電流相對(duì)較強(qiáng),逐漸成為通風(fēng)機(jī)設(shè)備相關(guān)操作管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了保證通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)平穩(wěn),其中最佳的方法是保證軟啟動(dòng),具體而言是讓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從最初的零值開始到額定值始終保持緩慢增加狀態(tài),進(jìn)而降低動(dòng)負(fù)荷。通過變頻技術(shù)可以達(dá)到這一目的,主要原因在于,交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f保持著n=60f/p(p表示交流電動(dòng)機(jī)的級(jí)對(duì)數(shù)),在風(fēng)機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí),保證電源頻率有最初的零工頻一步步穩(wěn)定變化,保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定上升,嚴(yán)格控制啟動(dòng)與速度,達(dá)到通風(fēng)機(jī)處于軟啟動(dòng)狀態(tài)。
在采礦工程中使用主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的過程中,由于礦井的結(jié)構(gòu)不同,礦道的挖掘程度也不同,所以選擇的變頻調(diào)速方案也是不同的。所以需要結(jié)合實(shí)際情況,選擇高質(zhì)量高效率的變頻調(diào)速方案,在保證采礦工作能夠安全進(jìn)行的條件下,對(duì)采礦工程中的主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行充分合理調(diào)整,使其適應(yīng)工程中的工作狀態(tài),充分保證井下空氣的質(zhì)量。
常見的為了保證主通風(fēng)機(jī)工作不受井下設(shè)備諧波的影響,需要使用質(zhì)量較好的變頻器,這樣能夠盡量避免諧波影響變頻調(diào)速設(shè)備的工作,從而影響主通風(fēng)機(jī)的工作質(zhì)量和效率。其次就是為了提高兩個(gè)主通風(fēng)機(jī)的工作效率,降低主通風(fēng)機(jī)工作對(duì)采礦工程的不良影響。所以應(yīng)該在變頻設(shè)備上設(shè)置分離線,將分離線分別置于兩個(gè)主通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)中,這樣在一個(gè)主通風(fēng)機(jī)由于質(zhì)量問題而失靈之后,可以通過變頻器對(duì)另一個(gè)備用主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行快速高效的轉(zhuǎn)速控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的有效控制,降低采礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的成本,同時(shí)提高工作人員的工作效率,降低了主通風(fēng)機(jī)不工作或者更換主通風(fēng)機(jī)工作對(duì)采礦工作的阻礙程度。最后就是將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下空氣質(zhì)量的智能設(shè)備進(jìn)行充分的連接,這樣做能夠減少調(diào)整主通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的人力資源投入成本,整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制,針對(duì)井下空氣的質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整,最終提高采礦工程中采礦工作的安全性,同時(shí)降低采礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的成本。
針對(duì)不同的采礦工程實(shí)施的變頻調(diào)速方案是不同的,不僅是針對(duì)主通風(fēng)機(jī)的規(guī)格和效率選擇的不同,同時(shí)礦井中有害氣體的含量和礦井中礦物的含量也對(duì)實(shí)施變頻調(diào)速方案有一定的影響,所以在實(shí)施變頻調(diào)速的過程中需要根據(jù)實(shí)際采礦工程的實(shí)施情況進(jìn)行調(diào)整。保證實(shí)施變頻調(diào)速方案之后的主通風(fēng)機(jī)能夠充分適應(yīng)采礦工作的要求。
首先工作人員應(yīng)該先對(duì)主通風(fēng)機(jī)使用的情況進(jìn)行充分的調(diào)查,調(diào)查主通風(fēng)機(jī)是不是能夠滿足實(shí)施變頻調(diào)速方案的要求。如果主通風(fēng)機(jī)不滿足的話,需要結(jié)合實(shí)際的采礦工程對(duì)通風(fēng)的要求進(jìn)行采購,以此來充分落實(shí)主通風(fēng)機(jī)能夠滿足采礦工程要求的工作。同時(shí)工作人員應(yīng)該對(duì)礦井中的有害氣體含量進(jìn)行調(diào)查,這樣能夠幫助設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較好的空氣流通效果。
在調(diào)查工作完成之后,工作人員應(yīng)該結(jié)合調(diào)查結(jié)果進(jìn)行實(shí)際的安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)工作。在安裝的過程中,需要工作人員先暫停采礦工程的相關(guān)工作,進(jìn)行主線路的斷電。這樣既能夠保證工作人員的生命安全,同時(shí)也有助于保證井下工作人員的生命安全。然后通過對(duì)接線路,實(shí)現(xiàn)效果良好的變頻調(diào)速安裝工作。在安裝工作完成之后,面對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行效果檢測(cè),檢測(cè)的同時(shí)也要對(duì)備用通風(fēng)機(jī)進(jìn)行效果監(jiān)測(cè),充分保證變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠適應(yīng)采礦工程對(duì)通風(fēng)效果的要求。在效果監(jiān)測(cè)工作完成之后,可以將實(shí)施完變頻調(diào)速方案的主通風(fēng)機(jī)運(yùn)用在實(shí)際的采礦工程中。在這個(gè)過程中需要注意的有兩點(diǎn)。第一就是在安裝的過程中一定要停止采礦工程進(jìn)行的工作,因?yàn)樵诎惭b的過程中,主通風(fēng)機(jī)是不進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的,所以不能夠產(chǎn)生地上空氣和地下空氣實(shí)時(shí)置換的效果,強(qiáng)行采礦的話,可能會(huì)對(duì)井下工作人員造成生命安全威脅。第二點(diǎn)就是在進(jìn)行安裝之前一定要進(jìn)行充分的調(diào)查,這樣不僅能夠保證主通風(fēng)機(jī)能夠適應(yīng)采礦工程工作的進(jìn)行,同時(shí)還能夠充分保證主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中減少故障事件出現(xiàn)的概率。通過對(duì)不同的采礦工程設(shè)計(jì)不同的變頻調(diào)速方案,能夠充分發(fā)揮主通風(fēng)機(jī)的作用,同時(shí)降低企業(yè)的能耗,促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目標(biāo)。
通過實(shí)例來講解主通風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)的節(jié)能效果。在某個(gè)采礦工程中,沒有安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)之前,電動(dòng)機(jī)的頻率大概是50Hz,轉(zhuǎn)速是740r/min,按照工作效率是56%來計(jì)算。主通風(fēng)機(jī)每年消耗的電能是324萬千瓦時(shí),而在安裝完變頻調(diào)速系統(tǒng)之后,平均轉(zhuǎn)速是550r/min,效率提高到80%,所以最終的耗電量是225萬千瓦時(shí),能夠明顯看出省電的效果,所以在采礦工程中使用主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)能夠充分降低采礦企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營成本。
其次就是在采礦工程中使用變頻調(diào)速技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的間接經(jīng)濟(jì)效益。在傳統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)使用過程中,由于電力強(qiáng)壓的影響,主通風(fēng)機(jī)使用的壽命相對(duì)較短。而在實(shí)施了變頻調(diào)速技術(shù)之后,電動(dòng)機(jī)接收到的電流相對(duì)平滑,對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊力度小,同時(shí)電動(dòng)機(jī)起步也是逐漸加速和逐漸減速,所以電動(dòng)機(jī)起步要相對(duì)平穩(wěn)。這樣能夠充分延長主通風(fēng)機(jī)的使用壽命,不僅能夠降低日常的維護(hù)成本投入,同時(shí)還能夠延長主通風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間。大大降低了企業(yè)在主通風(fēng)機(jī)的投入資金成本,實(shí)現(xiàn)了高效高質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)成本目標(biāo)。
最后就是針對(duì)環(huán)保的收益,在傳統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)使用過程中,對(duì)電能的浪費(fèi)和對(duì)二氧化碳的排放量都是最大的,而在使用了主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的技術(shù)之后,對(duì)電能的浪費(fèi)變小,同時(shí)二氧化碳的排放量也變低。這樣能夠有效推動(dòng)我國節(jié)能減排工作和生態(tài)建設(shè)工作的實(shí)施,為我國的社會(huì)主義建設(shè)貢獻(xiàn)力量,幫助企業(yè)在獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上也獲得良好的社會(huì)效益,建立良好的企業(yè)形象。
在全面推廣和實(shí)踐變頻節(jié)能技術(shù)期間,需要立足于多個(gè)角度優(yōu)化礦井通風(fēng)機(jī),并根據(jù)變頻節(jié)能技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用原理進(jìn)一步完善其實(shí)踐形式,進(jìn)而保證礦井通風(fēng)機(jī)性能得到全面優(yōu)化。在礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行中,變頻節(jié)能技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用主要有以下幾方面:
(1)變頻器的優(yōu)化在礦井通風(fēng)機(jī)中的具體應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù),關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備的變頻器安裝,根據(jù)相關(guān)變頻調(diào)速功能的具體應(yīng)用效果,對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備的送風(fēng)量、風(fēng)速、使用效率和穩(wěn)定性起到控制作用,保證礦井通風(fēng)機(jī)發(fā)揮節(jié)能效應(yīng)。
(2)液力耦合器調(diào)速的優(yōu)化,主要是對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備內(nèi)部耦合器部件調(diào)速功能的優(yōu)化,具體而言,是借助新型的液力耦合器對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行速度發(fā)揮調(diào)整作用。在現(xiàn)階段礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)耦合器的優(yōu)化中,主要借助更新耦合器內(nèi)部的泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)部件來實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)速的效果。這種液力耦合器在實(shí)際應(yīng)用中,需要通過液體的幫助,立足于傳到扭矩作用的基礎(chǔ)上,調(diào)節(jié)礦井通風(fēng)機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,同時(shí)保證通風(fēng)機(jī)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)擁有較強(qiáng)的運(yùn)行與功率輸出穩(wěn)定性,促進(jìn)其具備一定的實(shí)用價(jià)值。但是,隨著變頻節(jié)能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,液力耦合器因?yàn)槠渥陨眢w積較大、調(diào)速效果不明顯的相關(guān)因素而逐漸突出的各方面的缺陷,導(dǎo)致應(yīng)用情況受到嚴(yán)重影響。
通過講解主通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)原理和具體的使用要點(diǎn),以及實(shí)際的采礦工程中的節(jié)能實(shí)例,能夠充分證明主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的使用能夠降低采礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本。同時(shí)使用變頻調(diào)速技術(shù)能夠降低主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)長時(shí)間在最大功率下進(jìn)行工作對(duì)電動(dòng)機(jī)造成的損壞,也就是能夠顯著提高主通風(fēng)機(jī)使用壽命,從某種程度上來說,能夠幫助采礦企業(yè)獲得相對(duì)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。